JP5338445B2 - Pulse booster and output voltage control circuit - Google Patents
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Description
本発明は、出力電圧の変動を低減させるパルス昇圧回路と出力電圧コントロール回路に関する。 The present invention relates to a pulse booster circuit and an output voltage control circuit that reduce fluctuations in output voltage.
パルス昇圧回路は、LSI(大規模集積回路)に内蔵され、そのLSI内部回路の電源を供給する電源電圧変換回路に多く用いられている。
近年のLSIにおいては、そのLSI内部回路の電源において3V、5V、10V、20Vというような複数の電源電圧が要求され、かつ、LSIに外部から供給されている電源電圧に比べて、高い電圧が必要になることが多い。従来、このような複数の電源電圧が要求される場合には、LSI外部において複数の電源電圧を生成してLSIに供給するようにしていた。しかし、最近は、LSIに供給される電源電圧を単一の電源電圧とする傾向があり、必要とされる複数の電源電圧は、LSI外部から入力される単一の電源電圧に基づいてLSI内部において生成することが要求されている。
また、持ち運んで利用するモバイル用途に適用される装置では、装置の電源はバッテリー駆動される構成が一般的であり、バッテリーと組み合わせた状態で装置の小型・軽量化が要求される。そのため、バッテリー駆動される電源についても、電源電圧を低電圧化させる要求が強くなっている。
The pulse booster circuit is built in an LSI (Large Scale Integrated circuit) and is often used in a power supply voltage conversion circuit that supplies power to the LSI internal circuit.
In recent LSIs, a plurality of power supply voltages such as 3 V, 5 V, 10 V, and 20 V are required for the power supply of the LSI internal circuit, and a higher voltage than the power supply voltage supplied from the outside to the LSI is required. Often needed. Conventionally, when such a plurality of power supply voltages are required, a plurality of power supply voltages are generated outside the LSI and supplied to the LSI. However, recently, there is a tendency that the power supply voltage supplied to the LSI is a single power supply voltage, and a plurality of required power supply voltages are generated in the LSI based on a single power supply voltage input from outside the LSI. Is required to be generated in
In addition, in a device applied to a mobile application to be carried and used, the power source of the device is generally driven by a battery, and the device is required to be small and light in combination with the battery. For this reason, there is an increasing demand for lowering the power supply voltage for battery-powered power supplies.
ところで、外部電源で生成された電源では、出力電圧に重畳する微小な電圧変動、すなわちリップル電圧を低減させることについて、コンデンサなどによる平滑化を行うことも容易であった。LSI内に構成される回路では、LSI内部にコンデンサ容量を確保することは困難であり、また、LSI外部にコンデンサを分離して実装するとしても実装容量が増大することになり、現実的でない。 By the way, in a power source generated by an external power source, it is easy to perform smoothing with a capacitor or the like for reducing a minute voltage fluctuation superimposed on an output voltage, that is, a ripple voltage. In a circuit configured in an LSI, it is difficult to secure a capacitor capacity inside the LSI, and even if a capacitor is separately mounted outside the LSI, the mounting capacity increases, which is not practical.
また、従来の技術では、LSIに内蔵させるパルス昇圧回路の出力電圧に重畳する微小な電圧変動の振幅を抑える方法として、次に示す方法が用いられている。
第1の方法として、パルス昇圧回路の構成を分割して出力電力を分散させる方法がある。
例えば、図8に示すパルス昇圧回路200のように1つにまとめた構成とするのに対して、パルス昇圧回路301から303のように複数に分割したパルス昇圧回路300とする構成が考えられる。この方法では、分割されたパルス昇圧回路301のようにパルス昇圧回路1構成当たりの負荷電流を低減することができ、分割した個々のパルス昇圧回路あたりのリップル電圧を低減させることができる。しかし、パルス昇圧回路の分割数を多くすると広い実装面積が必要とされるパルス昇圧回路を同一のLSI内にいくつも配置することになる。そのため、LSIのレイアウト面積が増加したり、レイアウト上にデッドスペースが多く発生したりするためにLSIのコストアップを招いてしまう。
Further, in the conventional technique, the following method is used as a method for suppressing the amplitude of a minute voltage fluctuation superimposed on the output voltage of the pulse booster circuit built in the LSI.
As a first method, there is a method of distributing the output power by dividing the configuration of the pulse booster circuit.
For example, a configuration in which the
第2の方法として、多段に接続されたパルス昇圧回路において、遅延(Delay)回路を使い個々のパルス昇圧回路(PUMP2)が動作するタイミング(位相)をずらす方法がある(図9参照)。 As a second method, in a pulse booster circuit connected in multiple stages, there is a method of shifting the timing (phase) at which each pulse booster circuit (PUMP2) operates using a delay circuit (see FIG. 9).
この方法では、個々のパルス昇圧回路を動作させるタイミングに依存する電圧変動を時間軸方向に分散させることができ、同じタイミングに動作が集中することによる電圧変動幅の増大を低減させることができる。
しかしながら、パルス昇圧回路が動作することにより発生する電圧変動のタイミングを分散させているにすぎず、発生する電圧変動量を根本的に低減させているのではないという問題がある。
In this method, voltage fluctuations depending on the timing at which the individual pulse booster circuits are operated can be dispersed in the time axis direction, and an increase in voltage fluctuation width due to concentration of operations at the same timing can be reduced.
However, there is a problem that the timing of the voltage fluctuation generated by the operation of the pulse booster circuit is merely dispersed, and the amount of voltage fluctuation generated is not fundamentally reduced.
以下、従来の技術を利用したパルス昇圧回路の例を示し、個々のパルス昇圧回路から発生する電圧変動の問題について説明する。
図10は、従来のパルス昇圧回路の構成例を示すブロック図である。
この図には、入力されるクロックCLK1からCLK3に基づいて昇圧動作を行うことにより、昇圧された電圧を有する信号PUMPOUTを出力するパルス昇圧回路200が示されている。
パルス昇圧回路200は、クロック信号制御部10b、電圧変換部20及び判定部40を備える。
Hereinafter, an example of a pulse booster circuit using a conventional technique will be shown, and the problem of voltage fluctuation generated from each pulse booster circuit will be described.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of a conventional pulse booster circuit.
This figure shows a
The
パルス昇圧回路200における判定部40は、電圧変換部20が出力する電圧を分圧し、予め定められる比較電圧を基準に判定するヒステリシス型のコンパレータとして動作する。判定部40は、入力される信号の電圧が基準より低いときに「L(ロー)」レベルを出力し、高いときに「H(ハイ)」レベルを出力する。
クロック信号制御部10bは、入力されるクロックCLK1からCLK3のそれぞれについて制御信号PUMPEbに基づいて出力するか否かを制御する。また、クロック信号制御部10bは、クロックCLK2に応じた反転信号CLK02Bを生成し出力する。クロック信号制御部10bは、制御信号PUMPEbが「H(ハイ)」レベルの場合に、各クロックを出力する。
電圧変換部20は、入力されたクロックに基づいて昇圧した電圧を出力する。電圧変換部20は、同じ回路構成の電圧変換部20aと電圧変換部20bを備え、入力されるクロックに基づいて、繰り返して行われる昇圧動作とコンデンサへの充電動作を互いに180度反転させて逆の位相で行う。すなわち、電圧変換部20aと電圧変換部20bには、クロックCLK2とクロックCLK2を反転したクロックをそれぞれ供給し、位相の切り替えを行う。電圧変換部20の構成例について、図11を参照し説明する。
The
The clock
The
図11に示す電圧変換部20は、電圧変換部20aと同じ構成の電圧変換部20bを備える。電圧変換部20aと20bの構成例について、電圧変換部20aを代表して説明する。
電圧変換部20aは、クロックバッファ22、電界効果型トランジスタ(FET)28及びチャージポンプ31と32を備える。
電圧変換部20aにおけるクロックバッファ22は、入力されるクロックCLK02の反転クロックを出力する。FET28は、電源VDDに接続されたダイオードとして機能し、チャージポンプ31に電力を供給する。
チャージポンプ31は、倍電圧回路21、FET24、FET29及びコンデンサ26を備える。
チャージポンプ31における倍電圧回路21は、入力されるクロックに基づいて電源電圧の約2倍の電圧(「電圧2VDD」という。)を出力する。倍電圧回路21は、入力されるクロックに応じて出力する電圧2VDDによりコンデンサ26を充電する。FET24は、入力されるクロックの位相によって倍電圧回路21から出力される電圧が出力されない場合に、電源電圧VDDによりコンデンサ26を充電する。このように入力されるクロックの位相に応じて電圧2VDDと電源電圧VDDが切り換えられることにより昇圧動作を繰り返し、昇圧された電圧がFET29を介して出力される。
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チャージポンプ32は、倍電圧回路23、FET25、FET30及びコンデンサ27を備える。
チャージポンプ32における倍電圧回路23は、入力されるクロックに基づいて電源電圧の約2倍の電圧(「電圧2VDD」という。)を出力する。倍電圧回路23は、入力されるクロックに応じて出力する電圧2VDDによりコンデンサ27を充電する。FET25は、入力されるクロックの位相によって倍電圧回路23から出力される電圧が出力されない場合に、電源電圧VDDによりコンデンサ27を充電する。このように入力されるクロックの位相に応じて電圧2VDDと電源電圧VDDが切り換えられることにより昇圧動作を繰り返し、昇圧された電圧がFET30を介して出力される。
また、チャージポンプ32は、前述のチャージポンプ31の後段に接続され、チャージポンプ31によって昇圧され、出力された電圧に、さらにチャージポンプ32自ら昇圧した電圧を加算して出力する。
The
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The
倍電圧回路21と23は、入力される信号が異なるが、内部の構成には同じものを適用できる。倍電圧回路21と23の構成例について、倍電圧回路21を代表して説明する。
図12は、倍電圧回路21の例を示すブロック図である。
倍電圧回路21は、コンデンサ211、FET212、213及び214を備えている。コンデンサ211は、端子TB221から入力されるクロックCK1が「L」レベルである場合に、FET212を介して電源電圧VDDに充電される。クロックCK1が「H」レベルに転じると、クロックCK1の振幅(電源電圧VDDとする)と、先に充電されていた電源電圧VDDを加算した結果の電圧2VDDが、FET212のソース側に発生する。また、FET213とFET214と組み合わせて、スイッチが構成される。端子TB222から入力されるクロックCK2が「H」レベルである場合に、端子TB223の端子電圧は、FET214を介して接地電位になる。端子TB222から入力されるクロックCK2が「L」レベルである場合に、端子TB223の端子電圧は、FET213を介してコンデンサ211の端子に発生した電圧2VDDになる。
このように、倍電圧回路21は、FET213とFET214の状態によって出力される電圧が接地電位と電圧2VDDとが交互に繰り返される。
The
FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of the
The
As described above, in the
なお、電圧変換回路20aのTB201aと電圧変換回路20bのTB203bには、クロックCLK1(図10)に同期したクロックCLK01が入力され、電圧変換回路20aのTB202aには、クロックCLK2(図10)と同相のクロックCLK02が入力され、電圧変換回路20bのTB202bには、クロックCLK2(図10)を反転したクロックCLK02Bが入力され、電圧変換回路20aのTB203aと電圧変換回路20bのTB201bには、クロックCLK3(図10)に同期したクロックCLK03が入力される。これにより、位相に応じた充電と昇圧電圧の出力をそれぞれの組み合わせで切り換えることが容易に行える。
The clock CLK01 synchronized with the clock CLK1 (FIG. 10) is input to the TB 201a of the
以上に示した構成により、パルス昇圧回路200は、電圧変換部20が出力した電圧を判定部40が検出し、その検出結果に基づいて、制御信号PUMPEbを出力する。クロック信号制御部10は、入力された制御信号PUMPEbによって制御され、電圧変換部20が出力した電圧が低いと判定された場合に、電圧変換部20に各クロックを供給する。
With the configuration described above, in the
図13は、パルス昇圧回路200の動作を示すタイミングチャートである。入力されるクロックCLK1からCLK3、クロックCLK2を反転したクロックCLK2B、及び端子TB104に出力される信号PUMPOUTbのうちチャージポンプ20a側から出力される波形を示す。パルス昇圧回路200の端子TB104に出力される信号PUMPOUTbには、この図に示されていないチャージポンプ20b側から出力される波形が加算された波形になる。この図に示された信号PUMPOUTbの電圧が出力されていない位相に、チャージポンプ20b側からの出力があり、補間された電圧が出力される。
FIG. 13 is a timing chart showing the operation of the
クロックCLK2の位相に着目する。時刻t22をクロックCLK2の位相の基準とすると、時刻t24において180度、時刻t27において360度とする1サイクルになる。クロックCLK2が「H」レベルを示す時刻t22からt24まで、位相で示せば0度から180度までが、チャージポンプ20a側から出力される期間になり、クロックCLK2が「L」レベルを示す時刻t24からt27まで、位相で示せば180度から380度までが、チャージポンプ20b側から出力される期間になる。そのサイクルがクロックCLK2に応じたサイクルで昇圧動作が繰り返される。
Focus on the phase of the clock CLK2. If time t22 is used as a reference for the phase of clock CLK2, one cycle is 180 degrees at time t24 and 360 degrees at time t27. From the time t22 to t24 when the clock CLK2 is at the “H” level, the phase from 0 degrees to 180 degrees as indicated by the phase is the period output from the
また、端子TB104に出力される信号PUMPOUTbの波形は、クロックCLK2が「H」レベルを示す期間の中でも変化する。クロックCLK2が「H」レベルを示す期間の前半にあたるクロックCLK1が「H」レベルになるまでの期間T1(時刻t23からt24まで)の電圧が、後半にあたるクロックCLK1が「H」レベルを示す期間T2(時刻t23からt24まで)の電圧より低い電圧が出力されることが示される。 In addition, the waveform of the signal PUMPOUTb output to the terminal TB104 changes even during a period in which the clock CLK2 is at the “H” level. The period T1 (from time t23 to t24) until the clock CLK1 corresponding to the first half of the period in which the clock CLK2 indicates the “H” level becomes the “H” level, and the period T2 in which the clock CLK1 corresponding to the second half indicates the “H” level. It is shown that a voltage lower than the voltage (from time t23 to t24) is output.
このように、パルス昇圧回路200は、連続性のあるクロックCLK1からCLK3によって制御されていても、パルス昇圧回路200から出力される信号PUMPOUTbの波形を観測すると電圧変動がばらつくことが観測される。
図14は、パルス昇圧回路200の動作を示す図であり、端子Tb104から出力される信号PUMPOUTbの電圧変化を観測した波形が示されている。
この図に示されたパルス昇圧回路200は、基準電圧が7V(ボルト)に設定され、信号PUMPOUTbの電圧(VCPb)がその基準電圧を下回ったと判定した場合には、昇圧動作が再開される。昇圧動作により、基準電圧に達していると判定した場合には、昇圧動作を行うためのクロックCLK1からCLK3を制御して、電圧変換部20の昇圧動作を停止させる。そのため、昇圧動作を停止すると、出力電圧はコンデンサーに蓄積されていた電荷が放電され、それにしたがって徐々に電圧が低下している状態(右肩下がりの三角波)が観測できる。ここで、時刻t43と時刻t53の電圧変動を比較すると、時刻t43では、0.14V(ボルト)であるのに対し、時刻t53では、0.49V(ボルト)であり、0.35V(ボルト)のばらつきが検出された。
Thus, even if the
FIG. 14 is a diagram illustrating the operation of the
In the
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、パルス昇圧回路の効率を落とさずに、出力電圧の振幅の変動を抑えるパルス昇圧回路と出力電圧コントロール回路を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a pulse booster circuit and an output voltage control circuit that suppress fluctuations in the amplitude of the output voltage without degrading the efficiency of the pulse booster circuit. is there.
上記問題を解決するために、本発明は、入力されるクロック信号を昇圧する第1のチャージポンプ部を備え、該第1のチャージポンプ部の出力電圧をさらに昇圧して出力するパルス昇圧回路であって、前記第1のチャージポンプ部の後段に接続され、前記クロック信号に同期して、前記第1のチャージポンプ部が昇圧動作を始めるべき第1の位相より所定の位相遅れた第2の位相に昇圧動作を始める第2のチャージポンプ部を備え、前記第1と第2のチャージポンプ部は、前記第2のチャージポンプ部の出力電圧に応じて昇圧動作を行う位相が制御され、前記第1の位相から前記第2の位相までの期間に昇圧動作を再開することを特徴とするパルス昇圧回路である。 In order to solve the above problems, the present invention is a pulse booster circuit that includes a first charge pump unit that boosts an input clock signal, and further boosts and outputs an output voltage of the first charge pump unit. And connected to a subsequent stage of the first charge pump unit, and in synchronization with the clock signal, a second phase delayed by a predetermined phase from the first phase at which the first charge pump unit should start the boosting operation. A second charge pump unit that starts a step-up operation in phase, wherein the first and second charge pump units are controlled in phase for performing the step-up operation in accordance with an output voltage of the second charge pump unit; In the pulse booster circuit, the boosting operation is restarted in a period from the first phase to the second phase.
また、本発明は、上記に記載の発明において、定められた基準電圧に対して、前記第2のチャージポンプ部により昇圧された出力電圧を判定する判定部と、前記判定部が出力する判定信号に基づいて、前記クロック信号に同期して前記第1と第2のチャージポンプ部の昇圧動作を制御する昇圧動作制御信号を出力する位相調整部と、を備え、前記第1と第2のチャージポンプ部は、入力される前記昇圧動作制御信号に基づいて昇圧動作が制御されることを特徴とする。 According to the present invention, in the above-described invention, a determination unit that determines an output voltage boosted by the second charge pump unit with respect to a predetermined reference voltage, and a determination signal output by the determination unit And a phase adjusting unit that outputs a boost operation control signal for controlling the boost operation of the first and second charge pump units in synchronization with the clock signal, and the first and second charge The pump unit is characterized in that the boosting operation is controlled based on the input boosting operation control signal.
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記位相調整部は、前記判定信号に基づいて状態を保持する状態保持部を備え、前記状態保持部は前記クロック信号に同期させて状態を遷移させることを特徴とする。 Further, the present invention is the above-described invention, wherein the phase adjustment unit includes a state holding unit that holds a state based on the determination signal, and the state holding unit transitions a state in synchronization with the clock signal. It is characterized by making it.
また、本発明は、入力されるクロック信号を昇圧する第1のチャージポンプ部、および、前記第1のチャージポンプ部の後段に接続され、前記クロック信号に同期して、前記第1のチャージポンプ部が昇圧動作を始めるべき第1の位相より所定の位相遅れた第2の位相に昇圧動作を始める第2のチャージポンプ部を備え、該第1のチャージポンプ部の出力電圧をさらに昇圧して出力するパルス昇圧回路において出力電圧を制御する出力電圧コントロール回路であって、前記パルス昇圧回路は、前記第1と第2のチャージポンプ部の昇圧動作が前記第2のチャージポンプ部の出力電圧に応じて制御され、前記第1の位相から前記第2の位相までの期間に昇圧動作を再開するように制御されることを特徴とする出力電圧コントロール回路である。 Further, the present invention is connected to a first charge pump unit that boosts an input clock signal and a subsequent stage of the first charge pump unit, and the first charge pump is synchronized with the clock signal. A second charge pump unit that starts the boosting operation in a second phase delayed by a predetermined phase from the first phase in which the boosting operation should start, and further boosts the output voltage of the first charge pump unit An output voltage control circuit for controlling an output voltage in a pulse booster circuit for outputting, wherein the pulse booster circuit is configured such that the boosting operation of the first and second charge pump units becomes the output voltage of the second charge pump unit Accordingly, the output voltage control circuit is controlled to resume the boosting operation in a period from the first phase to the second phase.
また、本発明は、上記に記載の発明において、定められた基準電圧に対して、前記第2のチャージポンプ部により昇圧された出力電圧を判定する判定部と、前記判定部が出力する判定信号に基づいて、前記クロック信号に同期して前記第1と第2のチャージポンプ部の昇圧動作を制御する昇圧動作制御信号を出力する位相調整部と、を備え、前記パルス昇圧回路は、入力される前記昇圧動作制御信号に基づいて昇圧動作が制御されることを特徴とする。 According to the present invention, in the above-described invention, a determination unit that determines an output voltage boosted by the second charge pump unit with respect to a predetermined reference voltage, and a determination signal output by the determination unit And a phase adjustment unit that outputs a boost operation control signal for controlling the boost operation of the first and second charge pump units in synchronization with the clock signal, and the pulse boost circuit is input The boosting operation is controlled based on the boosting operation control signal.
(1)この本発明によれば、パルス昇圧回路は、入力されるクロック信号を昇圧する第1のチャージポンプ部を備え、該第1のチャージポンプ部の出力電圧をさらに昇圧して出力する。第2のチャージポンプ部は、第1のチャージポンプ部の後段に接続され、クロック信号に同期して、第1のチャージポンプ部が昇圧動作を始めるべき第1の位相の後、第1の位相より所定の位相遅れた第2の位相に昇圧動作を始める。第1と第2のチャージポンプ部は、第2のチャージポンプ部の出力電圧に応じて昇圧した電圧の出力が制御され、第1の位相から第2の位相までの期間に昇圧した電圧の出力を再開することとする。
これにより、第1のチャージポンプ部が昇圧動作を開始し、第2のチャージポンプ部がまだ昇圧動作を開始しない期間に応じた位相を選択し、入力されたクロック信号に基づく信号を各チャージポンプ部に供給することにより、昇圧した電圧を出力することができる。
(1) According to the present invention, the pulse booster circuit includes the first charge pump unit that boosts the input clock signal, and further boosts and outputs the output voltage of the first charge pump unit. The second charge pump unit is connected to the subsequent stage of the first charge pump unit, and in synchronization with the clock signal, after the first phase at which the first charge pump unit should start the boost operation, the first phase The step-up operation is started in the second phase delayed by a predetermined phase. The first and second charge pump units control the output of the boosted voltage according to the output voltage of the second charge pump unit, and output the boosted voltage during the period from the first phase to the second phase. Will be resumed.
As a result, the first charge pump unit starts a boost operation, the second charge pump unit selects a phase corresponding to a period during which the boost operation has not started yet, and a signal based on the input clock signal is sent to each charge pump. By supplying to the unit, the boosted voltage can be output.
(2)また、本発明によれば、上記発明において、判定部は、定められた基準電圧に対して、第2のチャージポンプ部により昇圧された出力電圧を判定する。位相調整部は、判定部が出力する判定信号に基づいて、クロック信号に同期して第1と第2のチャージポンプ部の昇圧した電圧の出力を制御する昇圧動作制御信号を出力する。第1と第2のチャージポンプ部は、入力される前記昇圧動作制御信号に基づいて昇圧した電圧の出力が制御されることとする。
また、これにより、昇圧動作を開始する位相を特定することができ、その位相に応じたチャージポンプ部を特定することにより、構成する回路の違いによる特性のばらつきを低減することができる。
(2) According to the present invention, in the above invention, the determination unit determines the output voltage boosted by the second charge pump unit with respect to the predetermined reference voltage. The phase adjustment unit outputs a boost operation control signal for controlling the output of the boosted voltage of the first and second charge pump units in synchronization with the clock signal based on the determination signal output from the determination unit. The first and second charge pump units are controlled to output a boosted voltage based on the input boost operation control signal.
Further, it is possible to specify the phase at which the boosting operation is started, and by specifying the charge pump unit corresponding to the phase, it is possible to reduce the variation in characteristics due to the difference in the circuits to be configured.
(3)また、本発明によれば、上記発明において、位相調整回路における状態保持部は、判定信号に基づいて状態を保持する。状態保持部はクロック信号に同期させて状態を遷移させることとする。
また、これにより、判定部で検出された判定信号を、チャージポンプ部を動作させるクロック信号に同期させることができる。
(3) According to the present invention, in the above invention, the state holding unit in the phase adjustment circuit holds the state based on the determination signal. The state holding unit transitions the state in synchronization with the clock signal.
Further, this makes it possible to synchronize the determination signal detected by the determination unit with the clock signal that operates the charge pump unit.
(4)また、本発明によれば、出力電圧コントロール回路は、入力されるクロック信号を昇圧する第1のチャージポンプ部、および、第1のチャージポンプ部の後段に接続される第2のチャージポンプ部を備え、該第1のチャージポンプ部の出力電圧をさらに昇圧して出力するパルス昇圧回路において出力電圧を制御する。その第2のチャージポンプ部は、クロック信号に同期して、第1のチャージポンプ部が昇圧動作を始めるべき第1の位相より所定の位相遅れた第2の位相に昇圧動作を始める。パルス昇圧回路が、第1と第2のチャージポンプ部の昇圧した電圧の出力が第2のチャージポンプ部の出力電圧に応じて制御され、第1の位相から第2の位相までの期間に昇圧した電圧の出力を再開するように制御されることとする。
これにより、第1のチャージポンプ部が昇圧動作を開始し、第2のチャージポンプ部がまだ昇圧動作を開始しない期間に応じた位相を選択し、入力されたクロック信号に基づく信号を各チャージポンプ部に供給することにより、昇圧した電圧を出力することができる。
(4) According to the present invention, the output voltage control circuit includes a first charge pump unit that boosts an input clock signal, and a second charge connected to a subsequent stage of the first charge pump unit. A pulse boosting circuit that includes a pump unit and further boosts and outputs the output voltage of the first charge pump unit is controlled. The second charge pump unit starts the boost operation in a second phase that is delayed by a predetermined phase from the first phase in which the first charge pump unit should start the boost operation in synchronization with the clock signal. The pulse booster circuit controls the output of the boosted voltage of the first and second charge pump units according to the output voltage of the second charge pump unit, and boosts the voltage during the period from the first phase to the second phase. It is assumed that the output of the selected voltage is resumed.
As a result, the first charge pump unit starts a boost operation, the second charge pump unit selects a phase corresponding to a period during which the boost operation has not started yet, and a signal based on the input clock signal is sent to each charge pump. By supplying to the unit, the boosted voltage can be output.
(5)また、本発明によれば、上記発明において、判定部は、定められた基準電圧に対して、前記第2のチャージポンプ部により昇圧された出力電圧を判定する。位相調整部は、判定部が出力する判定信号に基づいて、クロック信号に同期して第1と第2のチャージポンプ部の昇圧した電圧の出力を制御する昇圧動作制御信号を出力する。パルス昇圧回路は、入力される昇圧動作制御信号に基づいて昇圧した電圧の出力が制御されることとする。
また、これにより、出力電圧コントロール回路は、昇圧動作を開始する位相を特定することができ、その位相に応じたチャージポンプ部を特定することにより、回路の違いによる特性のばらつきを低減することができる。
(5) According to the present invention, in the above invention, the determination unit determines an output voltage boosted by the second charge pump unit with respect to a predetermined reference voltage. The phase adjustment unit outputs a boost operation control signal for controlling the output of the boosted voltage of the first and second charge pump units in synchronization with the clock signal based on the determination signal output from the determination unit. The pulse booster circuit controls the output of the boosted voltage based on the input boost operation control signal.
This also allows the output voltage control circuit to identify the phase at which the boost operation starts, and to reduce the variation in characteristics due to circuit differences by identifying the charge pump unit corresponding to that phase. it can.
以下、本発明の一実施形態によるパルス昇圧回路及び出力電圧コントロール回路について図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態によるパルス昇圧回路を示すブロック図である。
この図には、入力されるクロックCLK1からCLK3に基づいて昇圧動作を行うことにより、昇圧された電圧を有する信号PUMPOUTを出力するパルス昇圧回路100が示されている。
パルス昇圧回路100は、クロック信号制御部10、電圧変換部20、判定部40及び状態保持部50を備える。
Hereinafter, a pulse booster circuit and an output voltage control circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the pulse booster circuit according to the present embodiment.
This figure shows a
The
パルス昇圧回路100におけるクロック信号制御部10は、入力されるクロックCLK1からCLK3のそれぞれについて制御信号PUMPOUTFFに基づいて出力するか否かを制御する。また、クロック信号制御部10は、クロックCLK2に応じた反転信号クロックCLK02Bを生成し出力する。クロック信号制御部10は、制御信号PUMPOUTFFが「H(ハイ)」レベルの場合に、各クロックを出力する。
電圧変換部20は、入力されたクロックに基づいて昇圧した電圧を出力する。電圧変換部20は、同じ回路構成の電圧変換部20aと電圧変換部20bを備え、クロックCLK2に応じて、繰り返して行われる昇圧動作とコンデンサへの充電動作を互いに180度反転させて逆の位相で行う。電圧変換部20の構成例は、従来技術と同じく図11を参照する。
The clock
The
図11に示す電圧変換部20は、電圧変換部20aと同じ構成の電圧変換部20bを備える。電圧変換部20aと20bの構成例について、電圧変換部20aを代表して説明する。
電圧変換部20aは、クロックバッファ22、電界効果型トランジスタ(FET)28及びチャージポンプ31と32を備える。
電圧変換部20aにおけるクロックバッファ22は、入力されるクロックCLK02の反転クロックを出力する。FET28は、電源VDDに接続されたダイオードとして機能し、チャージポンプ31に電力を供給する。
チャージポンプ31は、倍電圧回路21、FET24、FET29及びコンデンサ26を備える。
チャージポンプ31における倍電圧回路21は、入力されるクロックに基づいて電源電圧の約2倍の電圧(「電圧2VDD」という。)を出力する。倍電圧回路21は、入力されるクロックに応じて出力する電圧2VDDによりコンデンサ26を充電する。FET24は、入力されるクロックの位相によって倍電圧回路21から出力される電圧が出力されない場合に、電源電圧VDDによりコンデンサ26を充電する。このように入力されるクロックの位相に応じて電圧2VDDと電源電圧VDDが切り換えられることにより昇圧動作を繰り返し、昇圧された電圧がFET29を介して出力される。
The
The
The
The
The
チャージポンプ32は、倍電圧回路23、FET25、FET30及びコンデンサ27を備える。
チャージポンプ32における倍電圧回路23は、入力されるクロックに基づいて電源電圧の約2倍の電圧(「電圧2VDD」という。)を出力する。倍電圧回路23は、入力されるクロックに応じて出力する電圧2VDDによりコンデンサ27を充電する。FET25は、入力されるクロックの位相によって倍電圧回路23から出力される電圧が出力されない場合に、電源電圧VDDによりコンデンサ27を充電する。このように入力されるクロックの位相に応じて電圧2VDDと電源電圧VDDが切り換えられることにより昇圧動作を繰り返し、昇圧された電圧がFET30を介して出力される。
また、チャージポンプ32は、前述のチャージポンプ31の後段に接続され、チャージポンプ31によって昇圧され、出力された電圧に、さらにチャージポンプ32自ら昇圧した電圧を加算して出力する。
The
The
The
なお、倍電圧回路21(及び23)に図12に示す倍電圧回路21を適用する場合には、端子TB221に入力するクロックCK1と端子TB222に入力するクロックCK2に位相差を設けることにより、電圧2VDDと接地電位とを切り換える際に、FET213とFET214を介して昇圧された電荷がリークするタイミングを回避して切り換えることができるため、充電された電荷を有効に後段に接続される回路に出力することが可能となる。この切換に必要とされる時間を確保して、クロックCLK2(図1)に対してクロックCLK1及びCLK3(図1)を遅らせて切り換えることにより実現できる。
When the
また、電圧変換回路20aのTB201aと電圧変換回路20bのTB203bには、クロックCLK1(図1)に同期したクロックCLK01が入力され、電圧変換回路20aのTB202aには、クロックCLK2(図1)と同相のクロックCLK02が入力され、電圧変換回路20bのTB202bには、クロックCLK2(図1)を反転したクロックCLK02Bが入力され、電圧変換回路20aのTB203aと電圧変換回路20bのTB201bには、クロックCLK3(図1)に同期したクロックCLK03が入力される。これにより、位相に応じた充電と昇圧電圧の出力をそれぞれの組み合わせで切り換えることが容易に行える。
The clock CLK01 synchronized with the clock CLK1 (FIG. 1) is input to the TB 201a of the
判定部40は、電圧変換部20が出力した信号PUMPOUTの電圧が端子TB401に入力され、その電圧を分圧し、予め定められる比較電圧を基準に判定するヒステリシス型のコンパレータとして動作する。判定部40は、入力される信号の電圧が基準より低いときに「L(ロー)」レベルを、高いときに「H(ハイ)」レベルを端子TB402にそれぞれ出力する。端子TB402に出力する信号を制御信号PUMPEとする。
The
状態保持部50は、端子TB503に入力されるクロックCLK2をトリガとして端子TB501に入力される制御信号PUMPEの状態を保持し、保持した状態を示す制御信号PUMPOUTFFを端子TB505に出力する。また、端子TB502に入力される制御信号PUMPEに応じて保持される状態を初期化する、いわゆるリセット機能を有している。
図2は、パルス昇圧回路に適用する状態保持部を示すブロック図である。
この図に示される状態保持部50は、リセット制御機能付きのD型フリップフロップに相当する。状態保持部50の一実施形態を示す。
状態保持部50は、バッファー51と53、NORゲート52、ラッチ回路54と55及びRSフリップフロップ(RSFF)56を備える。
端子TB501に入力される信号が、直列に接続されたラッチ54とラッチ55とRSFF56の多段構成で、端子TB503に入力されるクロックに同期して記憶されている状態が遷移する。
状態保持部50は、端子TB501に入力される信号の状態を、端子TB503に入力される信号が「L」レベルから「H」レベルに遷移する変化を検出し、回路内部で保持する情報を更新し、端子TB505(TB565)に出力する。また、端子TB502に入力される信号が「L」レベルの場合には、内部に記憶する情報をリセット状態に戻して、端子TB505(TB565)から「L」レベルを出力する。
The
FIG. 2 is a block diagram showing a state holding unit applied to the pulse booster circuit.
The
The
A state in which a signal input to the terminal TB501 is stored in synchronization with a clock input to the terminal TB503 in a multistage configuration of a
The
図3は、パルス昇圧回路に適用するフリップフロップを示すブロック図である。
この図に示されるRSフリップフロップ(RSFF)56は、リセット制御機能付きのRS型フリップフロップに相当する。RSフリップフロップ(RSFF)56の一実施形態が示される。
RSFF56は、NORゲート56a、NANDゲート56b及びバッファー56cと56dを備える。
RSFF56は、NORゲート56aとNANDゲート56bを組み合わせ、それぞれ出力に接続されたバッファー56cと56dを介して、相互に入出力を接続することにより、フリップフロップを形成する。RSFF56では、端子TB561からTB563に入力される信号の状態に応じて、この回路が保持する状態が更新され、端子TB565に出力される。
端子TB562またはTB563に入力される信号が、「L」レベルであるときこの回路が初期化され、端子TB565に「L」レベルが出力される。例えば、TB563をリセット入力端子として用いることができる。
FIG. 3 is a block diagram showing a flip-flop applied to the pulse booster circuit.
The RS flip-flop (RSFF) 56 shown in this figure corresponds to an RS flip-flop with a reset control function. One embodiment of an RS flip-flop (RSFF) 56 is shown.
The
The
When the signal input to the terminal TB562 or TB563 is at the “L” level, this circuit is initialized, and the “L” level is output to the terminal TB565. For example, TB563 can be used as a reset input terminal.
パルス昇圧回路100の動作の説明の前に、従来のパルス昇圧回路200の課題を整理する。
図14に示したタイミングチャートにも示したとおり、タイミングにより電圧変動の変動幅が大きく変化していた。小さな変動幅を示した時刻t43と、大きな変動幅を示した時刻t53について比較する。
Before describing the operation of the
As shown in the timing chart shown in FIG. 14, the fluctuation range of the voltage fluctuation greatly changes depending on the timing. A comparison is made between time t43 showing a small fluctuation range and time t53 showing a large fluctuation range.
図4は、図14における時刻t43付近の状態を、時間軸を拡大して示した図である。
この図には、信号PUMPOUTbの電圧(VCPb)、クロックCLK1からCLK3、制御信号PUMPEb及びクロックCKOUT1と2が示されている。なお、クロックCKOUT1と2は、倍電圧回路21と倍電圧回路23(図11)がそれぞれ出力し、チャージポンプ部31と32のコンデンサ26と27を充電する電圧であり、それをこの図では重ねて示している。
FIG. 4 is an enlarged view of the state near time t43 in FIG.
This figure shows a voltage (VCPb) of the signal PUMPOUTb, clocks CLK1 to CLK3, a control signal PUMPEb, and clocks CKOUT1 and 2. The clocks CKOUT1 and 2 are voltages that are output from the
時刻t22において、クロックCLK2が「H」レベルに遷移して、チャージポンプ部31の昇圧動作のタイミングに切り替わる。
時刻t41に制御信号PUMPEb信号が「H」レベルに遷移して、チャージポンプ部31の昇圧動作が始まる。この昇圧動作で、倍電圧回路21が生成したクロックCKOUT1により、コンデンサ26が3.43V(ボルト)で充電されている。また、この昇圧動作は、時刻t45までに終了し、1段目の昇圧期間のなかで終了していた。この昇圧動作による電圧変動は、0.14Vである。
At time t <b> 22, the clock CLK <b> 2 transitions to the “H” level, and switches to the boost operation timing of the
At time t41, the control signal PUMPEb signal transitions to the “H” level, and the boosting operation of the
図5は、図14における時刻t53付近の状態を、時間軸を拡大して示した図である。
この図には、信号PUMPOUTbの電圧(VCPb)、クロックCLK1からCLK3、制御信号PUMPEb及びクロックCKOUT1と2が示されている。なお、クロックCKOUT1と2は、倍電圧回路21と倍電圧回路23(図11)がそれぞれ出力し、チャージポンプ部31と32のコンデンサ26と27を充電する電圧であり、それをこの図では重ねて示している。
FIG. 5 is an enlarged view of the state near time t53 in FIG.
This figure shows a voltage (VCPb) of the signal PUMPOUTb, clocks CLK1 to CLK3, a control signal PUMPEb, and clocks CKOUT1 and 2. The clocks CKOUT1 and 2 are voltages that are output from the
時刻t27において、クロックCLK2が「H」レベルに遷移して、チャージポンプ部31の昇圧動作のタイミングに切り替わる。また、時刻t28において、クロックCLK1が「H」レベルに遷移して、チャージポンプ部32の昇圧動作のタイミングに切り替わる。
時刻t51に制御信号PUMPEb信号が「H」レベルに遷移して、チャージポンプ部32の昇圧動作が始まる。この昇圧動作で、倍電圧回路23が生成したクロックCKOUT2により、コンデンサ27が4.65V(ボルト)で充電されている。また、この昇圧動作は、時刻t55までに終了し、2段目の昇圧期間のなかで終了していた。この昇圧動作による電圧変動は、0.49Vである。
At time t <b> 27, the clock CLK <b> 2 transits to “H” level, and switches to the boost operation timing of the
At time t51, the control signal PUMPEb signal transitions to the “H” level, and the boosting operation of the
以上の比較からわかるように、電圧変動が小さく観測された時刻t43では、出力能力が小さなチャージポンプ部31が動作している。電圧変動が大きく観測された時刻t53では、出力能力が大きなチャージポンプ部32が動作している。
昇圧動作を開始してから判定部40が検出する比較電圧を上回るまでの時間は短いが、チャージポンプ部の出力能力の違いにより、判定部40が検出するまでに変動する電圧の振幅に違いが生じることが示される。
As can be seen from the above comparison, at time t43 when a small voltage fluctuation is observed, the
Although the time from the start of the boosting operation until the comparison voltage detected by the
したがって、次のように制御することにより、電圧変動を抑圧することとする。
まず、昇圧動作を開始するタイミングは、チャージポンプ部31による1段目の昇圧動作の期間に開始することとする。これにより、出力能力が大きなチャージポンプ部32によって昇圧動作を開始するより、電圧変動が小さくなる。
また、昇圧動作を開始するチャージポンプ部を特定する。例えば、電圧変換部20aにおけるチャージポンプ部31による1段目の昇圧動作の期間に開始することとする。これにより、回路の違いによる出力能力がばらつく影響を回避することができる。
また、1段目の昇圧動作を継続する長さを短くすると、上記に示した1段目の昇圧動作により十分な充電が行えない状態のまま、2段目の昇圧動作に切り替えるタイミングとなるので、1段目の昇圧動作を開始する時間を早めることと、チャージポンプ部の回路の能力に応じて必要な時間を確保して2段目の昇圧動作に切り換えるようにすることが望ましい。上記の遅れ時間は、クロックの周期に変換すれば、位相差として設定することができる。
Therefore, voltage fluctuations are suppressed by controlling as follows.
First, the timing for starting the boosting operation starts during the period of the first boosting operation by the
Further, the charge pump unit that starts the boosting operation is specified. For example, it is assumed that the
Further, if the length of time for which the first step-up operation is continued is shortened, the timing for switching to the second step-up operation is maintained while sufficient charging cannot be performed by the first step-up operation described above. It is desirable to advance the time for starting the first-stage boosting operation and to switch to the second-stage boosting operation while securing the necessary time according to the circuit capability of the charge pump unit. The above delay time can be set as a phase difference if converted into a clock cycle.
図を参照し、本実施形態における動作を説明する。
図6は、パルス昇圧回路100の動作を示すタイミングチャートである。
この図には、入力されるクロックCLK1からCLK3、判定部40の判定結果に基づいて出力される制御信号PUMPE及び状態保持部50が出力するPUMPOUTFFの波形を示す。
The operation in this embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the
This figure shows waveforms of the input clocks CLK1 to CLK3, the control signal PUMPE output based on the determination result of the
制御信号PUMPEは、電圧変換部20から出力された信号PUMPOUTに基づいて判定部40が判定した結果、信号PUMPOUTの電圧が予め定められる所定の電圧より低くなったときに、出力される電圧が基準電圧より低下したことを検出し、昇圧動作が必要な状態を示す「H」レベルを出力する。
制御信号PUMPOUTFFは、クロックCLK2の立ち上がりに同期して制御信号PUMPEの状態を判定し、制御信号PUMPEが「H」レベルの状態にあるときに初期状態「L」レベルから「H」レベルに遷移する。また、制御信号PUMPOUTFFは、制御信号PUMPEが「L」レベルの状態に遷移したときに「H」レベルから「L」レベルに遷移する。
The control signal PUMPE is determined based on the signal PUMPOUT output from the
The control signal PUMPOUTFF determines the state of the control signal PUMPE in synchronization with the rise of the clock CLK2, and transitions from the initial state “L” level to the “H” level when the control signal PUMPE is in the “H” level state. . Further, the control signal PUMPOUTFF changes from the “H” level to the “L” level when the control signal PUMPE changes to the “L” level state.
上記の動作について時間を追って説明する。
時刻t1では、制御信号PUMPEが「H」レベルに遷移し、昇圧が必要な状態が検出された。
時刻t2において、クロックCLK2が「H」レベルに遷移したことにより、制御信号PUMPOUTFFは、「H」レベルに遷移する。制御信号PUMPEが「H」レベルに遷移してから、時間td1aの遅延をもって制御信号PUMPOUTFFが活性化され、電圧変換部20による昇圧動作が開始される。また、クロックCLK1が「L」レベル、クロックCLK2が「H」レベルであることから電圧変換部20aにおけるチャージポンプ部31が活性化され、その出力には昇圧された電圧が出力された状態(1段目の昇圧状態)になる。
The above operation will be described with time.
At time t1, the control signal PUMPE transitioned to the “H” level, and a state requiring boosting was detected.
At time t2, the clock signal CLK2 transits to the “H” level, so that the control signal PUMPOUTFF transits to the “H” level. After the control signal PUMPE transitions to the “H” level, the control signal PUMPOUTFF is activated with a delay of time td1a, and the
時刻t3において、クロックCLK1が「H」レベルに遷移したことにより、電圧変換部20aにおけるチャージポンプ部32も活性化され、その出力には昇圧された電圧が出力された状態(2段目の昇圧状態)になる。
At time t3, when the clock CLK1 transits to the “H” level, the
時刻t4において、制御信号PUMPEが「L」レベルに遷移し、昇圧を不要とする状態が検出される。制御信号PUMPEの「L」レベルへの遷移にしたがって、制御信号PUMPOUTFFは、「L」レベルに遷移する。これにより、電圧変換部20aにおける昇圧動作を中断する。
時刻t5において、クロックCLK1とCLK2が「L」レベルに遷移したことにより、電圧変換部20aにおける昇圧動作の期間が終了し、電圧変換部20bにおける昇圧動作を行う期間に換わる。ここで、時刻t4において制御信号PUMPOUTFFが、「L」レベルに遷移したままの状態にあり、電圧変換部20bの昇圧動作は行われない。
時刻t12まで、クロックCLK1からCLK3が周期的に入力されるが電圧変換部20aと20bの昇圧動作は停止したままの状態が続くことになる。
At time t4, the control signal PUMPE transitions to the “L” level, and a state in which boosting is unnecessary is detected. In accordance with the transition of the control signal PUMPE to the “L” level, the control signal PUMPOUTFF transitions to the “L” level. Thereby, the boosting operation in the
At time t5, the clocks CLK1 and CLK2 transition to the “L” level, whereby the period of the boosting operation in the
Until the time t12, the clocks CLK1 to CLK3 are periodically input, but the
ここで、時刻t9において、再び制御信号PUMPEが「H」レベルに遷移し、昇圧が必要な状態が検出されているが、制御信号PUMPOUTFFは「L」レベルの状態が継続する。ここで、電圧変換部20aは、昇圧動作を開始することなく時刻t10を迎える。
この時刻9以降、時刻t12までにクロックCLK2が「H」レベルとなる状態遷移がなく、時刻t12においてクロックCLK2が「H」レベルに遷移したことにより、制御信号PUMPOUTFFは、「H」レベルに遷移する。制御信号PUMPEが「H」レベルに遷移(時刻t10)してから、時間td1bの遅延をもって制御信号PUMPOUTFFが活性化され、電圧変換部20による昇圧動作が開始される。また、クロックCLK1が「L」レベル、クロックCLK2が「H」レベルであることから電圧変換部20aにおけるチャージポンプ部31が活性化され、その出力には昇圧された電圧が出力された状態(1段目の昇圧状態)になる。
Here, at time t <b> 9, the control signal PUMPE transitions to the “H” level again, and a state requiring boosting is detected, but the control signal PUMPOUTFF continues to be in the “L” level. Here, the
After this time 9, there is no state transition in which the clock CLK2 becomes “H” level by time t12, and the clock signal CLK2 transits to “H” level at time t12, so that the control signal PUMPOUTFF transits to “H” level. To do. After the control signal PUMPE transitions to the “H” level (time t10), the control signal PUMPOUTFF is activated with a delay of time td1b, and the
時刻t13において、クロックCLK1が「H」レベルに遷移したことにより、電圧変換部20aにおけるチャージポンプ部32も活性化され、その出力には昇圧された電圧が出力された状態(2段目の昇圧状態)になる。
時刻t14において、制御信号PUMPEが「L」レベルに遷移し、昇圧を不要とする状態が検出される。制御信号PUMPEの「L」レベルへの遷移にしたがって、制御信号PUMPOUTFFは、「L」レベルに遷移する。これにより、電圧変換部20aにおける昇圧動作は、チャージポンプ部32の昇圧(2段目の昇圧状態)を停止する。
以降、クロックCLK1からCLK3が周期的に入力されるが、電圧変換部20が出力する電圧が基準値に比べ十分高い状態にあることから、電圧変換部20の昇圧動作は停止したままの状態が続くことになる。
At time t13, when the clock CLK1 transits to the “H” level, the
At time t14, the control signal PUMPE transitions to the “L” level, and a state in which boosting is unnecessary is detected. In accordance with the transition of the control signal PUMPE to the “L” level, the control signal PUMPOUTFF transitions to the “L” level. Thereby, the boosting operation in the
Thereafter, the clocks CLK1 to CLK3 are periodically input, but since the voltage output from the
図7は、前述の図4に示したパルス昇圧回路の動作を示すタイミングチャートを時間方向に拡大した図である。
この図では、図4と同じ時刻に同じ符号を付け、電源変換部20から出力される電圧の波形(VCP)も加えて示す。
時刻t12にクロックCLK2が「H」レベルに遷移して、1段目のチャージポンプ部31の昇圧期間に昇圧が始まり、波形VCPの電圧が緩やかに上昇し始める。
時刻t13にクロックCLK1が「H」レベルに遷移して、2段目のチャージポンプ部32の昇圧期間に切り替わり波形VCPの電圧が急に上昇する。
時刻t14において、比較部40の判定の結果、制御信号PUMPOUTFFを「L」レベルにしてチャージポンプ部32の昇圧動作が停止させることにより、波形VCPの電圧の上昇も停止する。
FIG. 7 is an enlarged view of the timing chart showing the operation of the pulse booster circuit shown in FIG. 4 in the time direction.
In this figure, the same reference numerals are assigned to the same times as in FIG. 4, and the waveform (VCP) of the voltage output from the
At time t12, the clock CLK2 transitions to the “H” level, and the boosting starts during the boosting period of the first-stage
At time t13, the clock CLK1 transitions to the “H” level, and the voltage of the waveform VCP suddenly increases during the boosting period of the second-stage
At time t14, as a result of the determination by the
本実施形態に示したパルス昇圧回路100では、昇圧された出力電圧に重畳された電圧変動の振幅は、最小電圧0.19Vから最大電圧0.37Vの範囲に収まり、変動幅(最大電圧−最小電圧)が、0.18Vになった。
従来のパルス昇圧回路200では、昇圧された出力電圧に重畳された電圧変動の振幅は、最小電圧0.14Vから最大電圧0.49Vの範囲にばらつき、変動幅(最大電圧−最小電圧)が、0.35Vであった。
比較すると、最大電圧では約25%改善し、変動幅では約45%改善するという効果が得られた。
In the
In the conventional
In comparison, the maximum voltage was improved by about 25%, and the fluctuation range was improved by about 45%.
以上に示した構成により、チャージポンプ部31が昇圧動作を開始し、チャージポンプ部32がまだ昇圧動作を開始しない期間に応じた位相を選択し、入力されたクロック信号に基づく信号を各チャージポンプ部に供給することにより、昇圧した電圧を出力することが可能となる。
また、昇圧動作を開始する位相を特定することができ、その位相に応じたチャージポンプ部31を特定することにより、構成する回路の違いによる特性のばらつきを低減することができる。
また、判定部40で検出された判定信号をチャージポンプ部31、32を動作するクロック信号に同期させることができる。
With the configuration described above, the
In addition, the phase at which the boosting operation is started can be specified, and by specifying the
Further, the determination signal detected by the
なお、本実施形態に示した電界効果トランジスタ(FET)24、25、28、29、30、212は、閾値がほぼ0Vに設定されたIタイプ(Intrinsic−type)のトランジスタを適用することが望ましい。これにより、各FETが有する閾値電圧による損失を低減することができる。
また、出力電圧の振幅が大きくなると後段回路の耐圧違反を起こす等の問題が発生する。そのため、出力電圧の振幅を抑えるには、前段のチャージポンプ部31から行うことが有効である。
また、電源電圧変動(リップル電圧の振幅変動)のばらつきを小さくすることにより、パルス出力電圧の振幅の精度が要求されるブロック(負荷回路)においても、電圧変動の条件で制限されることなくパルス昇圧回路を適用することができるようになる。
The field effect transistors (FETs) 24, 25, 28, 29, 30, and 212 shown in the present embodiment are desirably I-type (intrinsic-type) transistors whose thresholds are set to approximately 0V. . Thereby, the loss by the threshold voltage which each FET has can be reduced.
Further, when the amplitude of the output voltage is increased, problems such as a violation of the breakdown voltage of the subsequent circuit occur. Therefore, in order to suppress the amplitude of the output voltage, it is effective to perform from the
In addition, by reducing variations in power supply voltage fluctuations (ripple voltage amplitude fluctuations), even in a block (load circuit) where accuracy of the amplitude of the pulse output voltage is required, pulses are not limited by voltage fluctuation conditions. A booster circuit can be applied.
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。本発明のパルス昇圧回路における、チャージポンプ部の構成や、段数に制限されることなく、少なくとも2段階の接続段数と、少なくとも2段階に分けての昇圧動作を行うあらゆるパルス昇圧回路及び出力電圧制御回路に適用することができる。
また、倍電圧回路並びにチャージポンポンプ部に入力されるクロックは、少なくとも2段階に従属接続されたチャージポンプ部を切り換えて動作させる位相制御、または基準とするクロックに対して所定の時間遅延させる遅延時間制御がおこなえる信号であればよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified without departing from the spirit of the present invention. In the pulse booster circuit of the present invention, any pulse booster circuit and output voltage control for performing boost operation in at least two stages and at least two stages without being limited by the configuration of the charge pump unit or the number of stages. It can be applied to a circuit.
In addition, the clock input to the voltage doubler circuit and the charge-pump pump unit is a phase control that switches and operates the charge pump unit that is cascade-connected in at least two stages, or a delay that delays for a predetermined time with respect to the reference clock. Any signal can be used as long as it can be controlled in time.
なお、本発明の第1のチャージポンプ部は、チャージポンプ部31に相当する。また、本発明のパルス昇圧回路は、パルス昇圧回路100に相当する。また、本発明の第2のチャージポンプ部は、チャージポンプ部32に相当する。また、本発明の判定部は、判定部40に相当する。また、本発明の位相調整部は、状態保持部50に相当する。また、本発明の状態保持部は、状態保持部50に相当する。また、本発明の出力電圧コントロール回路は、パルス昇圧回路100に相当する。
Note that the first charge pump unit of the present invention corresponds to the
100 パルス昇圧回路
10 クロック信号制御部
11、12、13、14 NANDゲート
15、16、17、18 バッファー
19 コンデンサ
20、20a、20b 電圧変換部
31、32 チャージポンプ部
40 判定部
50 状態保持部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1のチャージポンプ部の後段に接続され、前記クロック信号に同期して、前記第1のチャージポンプ部が昇圧動作を始めるべき第1の位相より所定の位相遅れた第2の位相に昇圧動作を始める第2のチャージポンプ部
を備え、
前記第1と第2のチャージポンプ部は、
前記第2のチャージポンプ部の出力電圧に応じて昇圧動作を行う位相が制御され、前記第1の位相から前記第2の位相までの期間に昇圧動作を再開する
ことを特徴とするパルス昇圧回路。 A pulse booster circuit that includes a first charge pump unit that boosts an input clock signal, and further boosts and outputs an output voltage of the first charge pump unit;
Connected to the subsequent stage of the first charge pump unit and in synchronization with the clock signal, the first charge pump unit boosts to a second phase delayed by a predetermined phase from the first phase at which the boost operation should be started. A second charge pump unit for starting operation,
The first and second charge pump units are
A pulse boosting circuit, wherein a phase for performing a boosting operation is controlled according to an output voltage of the second charge pump unit, and the boosting operation is restarted in a period from the first phase to the second phase. .
前記判定部が出力する判定信号に基づいて、前記クロック信号に同期して前記第1と第2のチャージポンプ部の昇圧動作を行う位相を制御する昇圧動作制御信号を出力する位相調整部と、
を備え、
前記第1と第2のチャージポンプ部は、
入力される前記昇圧動作制御信号に基づいて昇圧動作を行う位相が制御される
ことを特徴とする請求項1に記載のパルス昇圧回路。 A determination unit that determines an output voltage boosted by the second charge pump unit with respect to a predetermined reference voltage;
A phase adjustment unit that outputs a boost operation control signal for controlling a phase of performing the boost operation of the first and second charge pump units in synchronization with the clock signal based on a determination signal output by the determination unit;
With
The first and second charge pump units are
The pulse booster circuit according to claim 1, wherein a phase for performing a boost operation is controlled based on the input boost operation control signal.
前記判定信号に基づいて状態を保持する状態保持部を備え、
前記状態保持部は前記クロック信号に同期させて状態を遷移させる
ことを特徴とする請求項2に記載のパルス昇圧回路。 The phase adjusting unit is
A state holding unit for holding a state based on the determination signal;
The pulse booster circuit according to claim 2, wherein the state holding unit changes the state in synchronization with the clock signal.
前記パルス昇圧回路は、
前記第1と第2のチャージポンプ部の昇圧動作を行う位相が前記第2のチャージポンプ部の出力電圧に応じて制御され、前記第1の位相から前記第2の位相までの期間に昇圧動作を再開するように制御される
ことを特徴とする出力電圧コントロール回路。 A first charge pump unit that boosts an input clock signal and a subsequent stage of the first charge pump unit, and the first charge pump unit starts a boost operation in synchronization with the clock signal. A pulse booster circuit including a second charge pump unit that starts a boost operation in a second phase delayed by a predetermined phase from the first power phase, and further boosts and outputs the output voltage of the first charge pump unit An output voltage control circuit for controlling the output voltage,
The pulse booster circuit includes:
The phase for performing the boosting operation of the first and second charge pump units is controlled according to the output voltage of the second charge pump unit, and the boosting operation is performed during the period from the first phase to the second phase. The output voltage control circuit is controlled so as to resume.
前記判定部が出力する判定信号に基づいて、前記クロック信号に同期して前記第1と第2のチャージポンプ部の昇圧動作を行う位相を制御する昇圧動作制御信号を出力する位相調整部と、
を備え、
前記パルス昇圧回路は、
入力される前記昇圧動作制御信号に基づいて昇圧動作を行う位相が制御される
ことを特徴とする請求項4に出力電圧コントロール回路。 A determination unit that determines an output voltage boosted by the second charge pump unit with respect to a predetermined reference voltage;
A phase adjustment unit that outputs a boost operation control signal for controlling a phase of performing the boost operation of the first and second charge pump units in synchronization with the clock signal based on a determination signal output by the determination unit;
With
The pulse booster circuit includes:
5. The output voltage control circuit according to claim 4, wherein a phase for performing the boosting operation is controlled based on the input boosting operation control signal.
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